DE3133288C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffeinspritzeinrichtung an einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Aus der DE-OS 20 12 202 ist eine derartige Brennstoffeinspritzeinrichtung bekannt, bei der mittels des Umschaltventiles der Druckraum über dem Servokolben mit dem von einer Brennstoffzubringerpumpe geförderten Brennstoff steuerbar beaufschlagt wird. Bei jedem hier ausschließlich durch das Umschaltventil gesteuerten Einspritzvorgang liefert der mit dem Servokolben zuammenwirkende Pumpenkolben einen Brennstoffdruck, der nach dem vom Umschaltventil gesteuerten Einspritzzeitpunkt erst einmal solange ansteigt bis er ausreicht, um die Ventilnadel des Einspritzventils gegen die Kraft der Schließfeder in Öffnungsrichtung zu bewegen. Da aber bereits unmittelbar nach Beginn der Öffnungsbewegung der Ventilnadel Kraftstoff in den Brennraum austreten kann, besteht die Gefahr, daß der Öffnungsdruck wieder abfällt und die Ventilnadel nicht schlagartig in die voll geöffnete Position bewegt wird und dort für die Dauer der Einspritzung verbleibt.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Brennstoffeinspritzeinrichtung so weiterzubilden, daß der Zeitpunkt des Einspritzbeginns unabhängig vom Aufbau des Einspritzdrucks ist, so daß zu Beginn des Einspritzvorganges das Einspritzventil sofort mit dem vorgesehenen Einspritzdruck beaufschlagbar ist und dieser für die Dauer der Einspritzung erhalten bleibt.

Diese Aufgabe ist bei einer Brennstoffeinspritzeinrichtung der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Mittel gelöst.

Bei Anwendung der Erfindung kann das Einspritzventil schlagartig öffnen, da es mit dem bereits vor Beginn der Einspritzung mittels des Förderkolbens erzeugten Drucks nach Öffnen des Vorschaltventiles beaufschlagt wird. Dieser Druck steht auch während der gesamten Einspritzdauer an, die durch Schließen des Vorschaltventiles beendet wird. Im übrigen ist die Verwendung eine Druck­ luftversorgungseinrichtung für die Betätigung des Druckübersetzungskolbens anstelle einer mit Brennstoffdruck arbeitenden Versorgungseinrichtung wie beim Stand der Technik generell unkomplizierter und leichter zu beherrschen.

Aus der US-PS 20 33 579 ist zwar eine Brennstoffeinspritzeinrichtung bekannt, bei der jeder Einspritzpumpe eine Druckluft erzeugende Kolbenpumpe zugeordnet ist. Die Druckluft wird zur Betätigung des Einspritzpumpenkolbens verwendet. Die Druckluft ersetzt hier jedoch lediglich den mechanischen Nockenantrieb für den Einspritzpumpenkolben. Die Steuerung der Einspritzdauer erfolgt in herkömmlicher Weise über einen Schrägkantenkolben.

Ferner ist aus der Zeitschrift Maschinenbautechnik 24, 1975, Seiten 131 bis 136, bei Gleichdruckeinspritzsystemen, die einen großvolumigen Hochdruckspeicher für den Brennstoff aufweisen, bekannt, zwischen dem Hochdruckspeicher und dem Einspritzventil ein Dosierventil anzuordnen und von der Verbindungsleitung zwischen diesen beiden Elementen eine Rücklaufleitung abzuzweigen, die durch ein Entlastungsventil verschießbar ist. Derartige Einrichtungen, die im übrigen nicht der eingangs angegebenen Gattung entsprechen, bauen aufwendig, da sie einen großen Hochdruckspeicher zur Aufrechterhaltung eines konstanten Einspritzdruckes benötigen, und von diesem Hochdruckspeicher lange, und da ebenfalls ständig unter dem hohen Einspritzdruck stehend, durch zusätzliche Ummantelungen abzusichernde Hochdruckleitungen zu allen Einspritzventilen geführt werden müssen.

Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 2 bietet weiterhin den Vorteil, daß in sehr einfacher Weise der Einspritzdruck verändert werden kann, da dieser mittels Druckluft erzeugt wird, die von einer Druckluftversorgungseinrichtung geliefert wird. Der Druck dieser Luft kann leicht verändert werden.

Zu Anspruch 2 ist darauf hinzuweisen, daß ein Druckregelventil zwischen einer Hochdruck- und einer Niederdruckpumpe im Brennstoffweg aus der US-PS 20 53 543 an sich bekannt ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung in der schematisch der prinzipielle Aufbau einer Brennstoffeinspritzeinrichtung nach der Erfindung dargestellt ist, näher beschrieben.

In der Zeichnung sind brennstofführende Leitungen durch Doppellinien mit abwechselnd schwarzen und weißen Feldern eingezeichnet, während luftführende Leitungen durch Doppellinien und stromführende Leitungen durch einfache Linien dargestellt sind. Die in der Zeichnung des weiteren eingetragenen Pfeile geben bei den brennstoff- und luftführenden Leitungen die Strömungs- bzw. Druckrichtung des jeweils eingeschlossenen Mediums und bei den stromführenden Leitungen die Richtung der Signalübertragung an.

In der Zeichnung ist als Teil der dargestellten Einspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine ein einem Maschinenzylinder zugeordnetes Einspritzventil bezeichnet, dessen Ventilnadel 2 entgegen der Kraft einer Schließfeder 3 durch die Kraft des dem Brennstoffvorlageraum 4 über die Druckleitung 5 zugeführten Brennstoffes in Öffnungsrichtung bewegbar ist. Dem Einspritzventil 1 ein Pumpenarbeitsraum 6 zur Aufnahme der einzuspritzenden Brennstoffmenge vorgeschaltet. Der Pumpenarbeitsraum 6 ist an eine vorzugsweise mittels eines Elektromotors 7 angetriebene Brennstoffzubringerpumpe 8 angeschlossen und von dieser fortlaufend mit Brennstoff versorgbar, dessen Förderdruck niedriger als der Öffnungsdruck des Einspritzventiles 1 ist. Der Brennstoff ist aus dem Pumpenarbeitsraum 6 mittels eines pneumatisch im Takt der Maschine betätigbaren Druckübersetzungskolbens 9 dem Einspritzventil 1 zuführbar. In die Druckleitung 10 zwischen Pumpenarbeitsraum 6 und Einspritzventil 1 ist ein Vorschaltventil 11 eingeschaltet, durch das sie im Takt der Maschine auf- und zusteuerbar ist. Die Druckleitung 10 ist außerdem mittels eines dem Vorschaltventil 11 in Strömungsrichtung nachgeschalteten Druckentlastungsventiles 12 jeweils nach Schließen des Vorschaltventiles 11 über eine von der Druckleitung 10 abzweigende und zu einem Brennstoffreservoir 13 rückführende Druckentlastungsleitung 14 druckentlastbar.

Der Pumpenarbeitsraum 6 ist durch einen Pumpenzylinder 15 gebildet, in dem der Druckübersetzungskolben 9 mit seinem Förderkolben 16 arbeitet. An den Förderkolben 16 schließt sich rückwärtig ein in einem Druckzylinder 17 arbeitender, durchmessergrößerer Servokolben 18 an, der zusammen mit der Wandung des Druckzylinders 17 einen pneumatischen Druckraum 19 begrenzt. Vom Pumpenzylinder 15 zweigt einerseits die Druckleitung 10 ab, andererseits mündet in ihn eine Brennstoffzufuhrleitung 20 ein. Letztere zweigt von einer Brennstofförderleitung 21 ab, die wiederum am Förderausgang der Brennstoffzubringerpumpe 8 angeschlossen ist und zur Versorgung aller Einspritzventile mit Brennstoff dient. In die Brennstoffzufuhrleitung 20 ist ein Rückschlagventil 22 eingeschaltet, das nur in Brennstoffzufuhrrichtung durchlässig ist und somit einen Rückfluß von Brennstoff aus dem Pumpenarbeitsraum 6 in die Brennstofförderleitung 21 beim Förderhub des Druckübersetzungskolbens 9 verhindert. Die Brennstoffzubringerpumpe 8 saugt den Brennstoff aus dem Brennstoffreservoir 13 über einen Filter 23 und eine Saugleitung 24 an und fördert den Brennstoff in die Brennstofförderleitung 21 mit einem Druck, der etwa 10 bis 20% niedriger liegt als der Öffnungsdruck des Einspritzventiles 1. Zum Einstellen und Halten des gewünschten Förderdruckes ist der Brennstofförderpumpe ein Druckregelventil 25 zugeordnet ist, das in eine Drucküberwachungsleitung eingeschaltet ist, die nach der Brennstoffzubringerpumpe 8 von der Brennstofförderleitung 21 abzweigt und strömungsmäßig vor der Brennstoffzubringerpumpe 8 wieder in die Saugleitung 24 einmündet.

Zur Belieferung jedes Druckraumes 19 mit Druckluft ist ein Luftbehälter 26 als Druckmittelquelle vorgesehen, der mittels eines von einem Elektromotor 27 angetriebenen Kompressors 28 mit Druckluft versorgbar ist. Der Kompressor 28 saugt die erforderliche Luft über einen Luftfilter 29 sowie eine Saugleitung 30 an und fördert die komprimierte Luft über eine Förderleitung 31 in den Luftbehälter 26. In die Förderleitung 31 sind ein in Förderrichtung öffnendes Rückschlagventil 32 sowie ein Druckregelventil 33 eingeschaltet, welch letzteres in Abhängigkeit von bestimmten Betriebsfaktoren der Maschine ein- bzw. verstellbar ist.

Vom Luftbehälter 26 zweigt eine Lufthauptleitung 34 ab, die zur Druckluftversorgung aller Druckräume 19 dient. Jeder Druckraum 19 ist über eine von der Lufthauptleitung 34 abzweigende Luftzuleitung 35 mit Druckluft versorgbar. In die Luftzuleitung 35 ist ein elektromagnetisch betätigbares Zweiwege-Umschaltventil 36 eingeschaltet, das einen Eingang sowie zwei Ausgänge besitzt, wobei an den Eingang die Luftzuleitung 35, an den ersten Ausgang eine mit dem Druckraum 19 verbundene Druckbe- und -entlastungsleitung 37 sowie am zweiten Ausgang eine Druckentlastungsleitung 38 angeschlossen sind. Zwecks Vermeidung von Luftverlusten wird die bei der Druckentlastung des Druckraumes 19 anfallende Luft in vorteilhafter Weise über die Druckentlastungsleitung 38 einem gemeinsamen Luftsammelbehälter 39 über dessen Hauptsammelleitung 40 zugeführt sowie aus diesem vom Kompressor 28 über die in die Saugleitung 30 einmündende Auslaßleitung 41 abgesaugt. Da der Druck im Luftsammelbehälter 39 größer als Atmosphärendruck ist, ist in die Saugleitung 30 jeweils vor und nach der Einmündestelle der Auslaßleitung 41 ein nur in Saugrichtung öffnendes Rückschlagventil 42 bzw. 43 eingeschaltet. Es bleibt in diesem Zusammenhang jedoch anzumerken, daß die Druckentlastung des pneumatischen Druckraumes 19 auch in die Atmosphäre erfolgen kann. Vom Pumpenzylinder 15 und dort von jenem Bereich, der vom Förderkolben 16 des Druckübersetzungskolbens 9 bei seinen Hubbewegungen nicht freigelegt wird, zweigt eine zum Brennstoffreservoir 13 rückführende Leckbrennstoffleitung 44 ab, in die ein Druckregelventil 45 eingeschaltet ist, das derart eingestellt ist, daß der Leckkraftstoffdruck gleich oder größer dem Öffnungsdruck des Einspritzventiles 1 ist.

An die Druckleitung 10 zwischen dem Pumpenarbeitsraum 6 und dem Einspritzventil 1 ist strömungsmäßig nach dem Vorschaltventil 11 eine Drucküberwachungsvorrichtung 46 angeschlossen, die zwecks Signalisierung etwaiger Unregelmäßigkeiten in den Einspritzprozessen mit einer Alarmvorrichtung 47 und/oder der systemeigenen elektronischen, einen Mikroprozessor umfassenden Regel- und Steueranlage 48 zur Ermöglichung der Auslösung von Notstopp-Maßnahmen verbunden sein kann.

Das Vorschaltventil 11, das Druckentlastungsventil 12 sowie das Zweiwege-Umschaltventil 36 sind jeweils durch übererregte Hubmagneten betätigbar, die ihre Steuerbefehle ebenso wie das Druckregelventil 33 und gegebenenfalls auch die beiden anderen Druckregelventile 25 und 45 des Systems von der elektronischen Regel- und Steueranlage 48 erhalten. Das Druckregelventil 33 wird dabei in Abhängigkeit von Betriebsfaktoren der Maschine, beispielsweise der Drehzahl, dem Ladedruck oder dergleichen ein- bzw. verstellt, so daß dem jeweiligen pneumatischen Druckraum 19 Luft mit jeweils den herrschenden bzw. angestrebten Betriebsbedingungen der Maschine angepaßtem Druck zuführbar ist. Infolge dieses variablen Luftdruckes ist brennstoffseitig eine entsprechende Beeinflussung der Einspritzprozesse und damit deren Anpassung an die vorherrschenden oder gewünschten Betriebsbedingungen der Maschine gewährleistet.

Nachstehend ist die Funktionsweise der Brennstoffeinspritzeinrichtung anhand eines vollständigen Einspritzzykluses beschrieben. Als Ausgangsstellung ist angenommen, daß der Pumpenarbeitsraum 6 bereits mit Brennstoff gefüllt ist, ferner das Vorschaltventil 11 sich in Schließlage und das Druckentlastungsventil 12 sich in Offenstellung befindet, außerdem das Zweiwege-Umschaltventil 36 in Durchschaltstellung für eine Druckentlastung steht, damit der pneumatische Druckraum 19 druckentlastet ist und außerdem am Eingang des Zweiwege-Umschaltventiles 36 Luft mit gewünschtem Druck ansteht.

Wenn nun ein Einspritzvorgang erfolgen soll, wird von der Regel- und Steueranlage 48 über eine Steuerleitung 49 ein Impuls zum Zweiwege-Umschaltventil 36 weitergeleitet, wobei der angeschlossene Hubmagnet anzieht und das Zweiwege-Umschaltventil 36 in die in der Zeichnung dargestellte Durchlaßstellung verschiebt.

Hierdurch kann die am Eingang desselben in der Luftzuleitung 35 anstehende Druckluft dem Druckraum 19 über die Druckbe- und -entlastungsleitung 37 zugeführt werden. Zu einem geeigneten Zeitpunkt wird von der Regel- und Steueranlage 48 über eine Steuerleitung 50 ein Impuls an den Hubmagneten des Vorschaltventiles 11 gegeben, so daß dieses öffnet und damit der Brennstoffweg vom Pumpenarbeitsraum 6 über die Druckleitung 10 zum Einspritzventil 1 freigegeben ist. Gleichzeitig geht über die Steuerleitung 51 ein Impuls an den Hubmagneten des Druckentlastungsventiles 12, so daß letzteres schließt und die Druckentlastungsleitung 14 gesperrt ist. Durch die im Druckraum 19 anstehende Druckluft wird dann der Druckübersetzungskolben 9 in der Zeichenebene nach unten verschoben, wobei dessen Förderkolben 16 den im Pumpenarbeitsraum 6 befindlichen Brennstoff aus diesem heraus verdrängt und dem Einspritzventil 1 zuführt; sobald der Brennstoffdruck im Brennstoffvorlageraum 4 des Einspritzventiles 1 den Öffnungsdruck des letzteren übersteigt, öffnet das Einspritzventil 1 und der Einspritzvorgang läuft ab. Dabei kann maximal jene Menge eingespritzt werden, die vorher im Pumpenarbeitsraum 6 zwischengelagert worden ist. Zur Beendigung des Einspritzvorganges wird das Vorschaltventil 11 wieder geschlossen, gleichzeitig wird von der Regel- und Steueranlage 48 über die Steuerleitung 51 an den Hubmagneten des Druckentlastungsventiles 12 ein Impuls abgegeben, so daß letzteres öffnet und der Druck im Brennstoffweg nach dem Vorschaltventil 11 über die Druckentlastungsleitung 14 abgebaut wird. Gleichzeitig gibt die Regel- und Steueranlage 48 über eine Steuerleitung 52 einen Befehl an den anderen Hubmagneten des Zweiwege-Umschaltventiles 36, dergestalt, daß dieses in seine Druckentlastungsstellung überführt wird, in der dann die Druckbe- und -entlastungsleitung 37 mit der Druckentlastungsleitung 38 verbunden ist und somit sich der im Druckraum 19 vorhandene Luftdruck über den durchgeschalteten Leitungsweg abbauen kann. Es erfolgt dann ein erneutes Füllen des Pumpenarbeitsraumes 6 mit Brennstoff über die Brennstoffzufuhrleitung 20, wobei der Druckübersetzungskolben 9 wieder in seine Ausgangsstellung zurückgeführt wird. Das Brennstoffeinspritzsystem ist dann für einen neuen Einspritzvorgang bereit.

Claims (6)

1. Brennstoffeinspritzeinrichtung an einer Brennkraftmaschine mit einem Einspritzventil (1) je Maschinenzylinder, dessen Ventilnadel (2) entgegen der Kraft einer Schließfeder (3) durch den Druck zugeführten Brennstoffs in Öffnungsrichtung bewegbar ist und dessen Brennstoffvorlageraum (4) über eine Druckleitung (5, 10) an einen Pumpenarbeitsraum (6) einer Einspritzpumpe angeschlossen ist, der, mit einem die Aufnahme der maximal einzuspritzenden Brennstoffmenge ermöglichenden Volumen versehen, über eine ein nur in Richtung zum Pumpenarbeitsraum (6) hin öffnendes Rückschlagventil (22) aufweisende Brennstoffzufuhrleitung (20) ständig mit einer Brennstoffzubringerpumpe (8) in Verbindung steht, deren Förderdruck konstant und niedriger als der Öffnungsdruck des Einspritzventils (1) ist, und aus dem der Brennstoff mit Hilfe eines im Takt der Brennkraftmaschine durch ein Druckmittel betätigbaren Druckübersetzungskolbens (9) dem Einspritzventil (1) zuführbar ist, wobei der Pumpenarbeitsraum (6) durch einen Pumpenzylinder (15) gebildet ist, in dem der Druckübersetzungskolben (9) mit seinem den Pumpenarbeitsraum (6) begrenzenden Förderkolben (16) arbeitet, an den sich andernendes ein in einem Druckzylinder (17) arbeitender, durchmessergrößerer Servokolben (18) anschließt, der einen Druckraum (19) begrenzt, welcher, an den Ausgang eines elektromagnetisch betätigbaren Zweiwege-Umschaltventiles (36) angeschlossen, durch letzteres entweder zur Betätigung des Druckübersetzungskolbens (9) an eine Druckmittelquelle (26), oder durch Umschaltung an eine Druckentlastungsleitung (38) anschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem vom Servokolben (18) begrenzten Druckraum (19) von einer Druckluftversorgungeinrichtung bereitgestellte Druckluft zur Betätigung des Druckübersetzungskolbens (9) zuführbar ist, und daß die Druckleitung (10) zwischen Pumpenarbeitsraum (6) und Einspritzventil (1) im Takt der Brennkraftmaschine mittels eines innerhalb der taktmäßig vom Zweiwege-Umschaltventil (36) gesteuerten Druckbeaufschlagungszeit des Druckraumes (19) beliebig schaltbaren Vorschaltventiles (11) auf- und zusteuerbar sowie mittels eines letzterem in Brennstoffströmungsrichtung nachgeschalteten Druckentlastungsventils (12) nach Schließen des Vorschaltventiles (11) druckentlastbar ist.

2. Brennstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckluftversorgungseinrichtung aus einem von einem elektromotorisch angetriebenen Kompressor (28) permanent mit Druckluft versorgten Luftbehälter (26) besteht, und daß in die vom Kompressor zum Luftbehälter (26) führende Förderleitung (31) ein in Förderrichtung öffnendes Rückschlagventil (32) sowie ein in Abhängigkeit von bestimmten Betriebsfaktoren der Brennkraftmaschine einstellbares Druckregelventil (33) eingeschaltet sind.

3. Brennstoffeinspritzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druck­ entlastungsleitung (38) des Zweiwege-Umschaltventiles (36) mit einem zweiten Luftsammelbehälter (39) in Verbindung steht, aus dem über die Druckentlastungsleitung (38) rückgeführte Druckluft vom Kompressor (28) absaugbar und in den mit dem Zweiwege-Umschaltventil (36) in Verbindung stehenden Luftbehälter (26) erneut einleitbar ist.

4. Brennstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 2 oder den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorschaltventil (11), das Druckentlastungsventil (12) sowie das Zweiwege-Umschaltventil (36) durch übererregte Hubmagnete betätigbar sind, die, ebenso wie das Druckregelventil (33), durch Steuerimpulse einer elektronischen, einen Mikroprozessor umfassenden Regel- und Steueranlage (48) steuerbar sind.

5. Brennstoffeinspritzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an die Druckleitung (10) zwischen Pumpenarbeitsraum (6) und Einspritzventil (1) strömungsmäßig dem Vorschaltventil (11) sowie dem Druckentlastungsventil nachgeschaltet, eine Drucküberwachungsvorrichtung (46) angeschlossen ist, die zwecks Signalisierung etwaiger Unregelmäßigkeiten in den Einspritzvorgängen mit einer Alarmvorrichtung (47) und/oder der Regel- und Steueranlage (48) zur Auslösung von Notstop-Maßnahmen verbunden ist.

6. Brennstoffeinspritzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffzubringerpumpe (8) elektromotorisch angetrieben und dieser zur Konstanthaltung des eingestellten Förderdruckes ein Druckregelventil (25) zugeordnet ist.